网络运维学习笔记（DeepSeek优化版）008网工初级（HCIA-Datacom与CCNA-EI）STP生成树协议与VRRP虚拟路由冗余协议

STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)

STP协议通过冗余链路提高网络可靠性，同时消除环路导致的广播风暴和MAC地址表震荡问题。

一、STP模式与环路重现

• 三种工作模式：
  • MSTP（默认且最常用）
  • RSTP（快速生成树）
  • STP（经典生成树）
• 环路重现方法：在华为设备上执行undo stp enable禁用STP协议（二层设备无TTL机制）

二、核心原则：三个有且只有

1. 根交换机唯一
   全网有且只有一个根桥（RB：Root Bridge），其所有端口均为指定端口（DP）
   注：根桥可被优先级更高的交换机抢占

2. 根端口唯一
   每个非根交换机有且只有一个根端口（RP）

3. 指定端口唯一
   每条链路有且只有一个指定端口（DP），根端口与指定端口处于转发状态（Forwarding）

其他端口为非指定端口，将被阻断，blocking(cisco)/discarding(huawei)（阻塞端口：AP）

三、根桥选举机制

1. 初始状态
   所有交换机启动时自认为根桥（RB）

2. 选举依据

   • 桥ID（BID：Bridge ID） 优先级（16位） + MAC地址（48位），优先级数值越小越优
   • 根桥ID优先级（0-65535），默认为32768，数值越小越优先，可调整，实际上只能为4096的倍数，所以范围为0-61440
   • 端口ID优先级（0-255）：默认为128，数值越小越优先，可调整，只能为16的倍数

3. 选举流程

   1. 全网选举BID最小的交换机作为根桥
   2. 非根交换机基于以下参数选举根端口（RP）：
      • RPC（Root Path Cost,根路径开销）
      • 对端BID
      • 对端PID（接口ID：Port ID，包括接口优先级+接口编号）
      • 本端PID
      • 对端直连根桥的端口都是RP
   3. 链路指定端口（DP）选举依据：
      • RPC
      • 本端BID
      • 本端PID
      • 未被选举为根端口或指定端口的端口为预备端口，将会被阻塞，成为阻塞端口（AP）

四、端口角色与状态转换

4.1 端口角色

注：AP概念实际来自RSTP，STP官方定义仅包含RP和DP

4.2 状态转换流程

图片中数字解释：
1 端口初始化或使能；
2 端口被选为根端口或指定端口；
3 端口不再是根端口或指定端口；
4 forward delay计时器超时；
5 端口禁用或链路失效。

交换机间每一个环路的每一个vlan计算一个STP。

非使能状态（Disabled）→阻塞状态（Blocking 20s）→侦听状态（Listening 15s）→学习状态（Learning 15s）→转发状态（Forwarding）

转换触发条件：

• 初始化/使能端口
• Forward Delay计时器超时
• 链路失效

五、BPDU协议详解

BPDU（Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元），包含桥ID、路径开销、端口ID、计时器等参数。

5.1 BPDU类型

5.2 关键参数

• Hello Time：2秒（根桥发送间隔）
• Max Age：20秒（BPDU老化时间）
• 故障恢复时间：
  • 直连故障：30秒（Listening+Learning）
  • 非直连故障：50秒（Max Age+Listening+Learning）

5.3 当拓扑变化导致MAC地址表错误时：

• STP协议30秒完成收敛（15秒Listening + 15秒Learning）
• MAC地址表默认老化时间300秒（5分钟）
  注：此时网络理论上仍未完全恢复

5.4 TCN BPDU关键作用

1. TCN上报：边缘交换机发送TCN BPDU（Topology Change Notification）
2. 根桥响应：根桥回复TC（Topology Change）标记
3. 老化加速：MAC地址表老化时间从300秒强制缩短为15秒
4. 最终恢复：总恢复时间仍保持30秒（15秒Learning阶段即完成MAC更新）

六、设备配置命令

6.1 思科设备

show spanning-tree                # 查看生成树状态  后面还可以加选项如 vlan xx  detail 查看某个vlan的stp详细信息
show spanning-tree bridge id      # 查看stp的桥ID等信息
no spanning-tree vlan all         # 在所有vlan关闭stp
clear arp-cache                   # 如果要模拟无stp时的环路现象，关闭stp后还需要重置arp表。

6.2 华为设备

display stp brief         # 查看生成树状态，STP的端口角色等信息
display stp               # 查看stp的桥ID等信息  后面可以加例如interface g0/0/1，查看某个接口的stp信息
undo stp enable           # 关闭stp。或者使用stp disable    开启stp是stp enable
reset arp all             # 如果要模拟无stp时的环路现象，关闭stp后还需要重置arp表。

display bridge mac-address    # 查看交换机的背板mac
stp cost 20000                #（接口视图下）修改 STP 的 cost 值
stp root ?                    # 更改根桥为主根或备根（primary/secondary）
stp pathcost-standard ?       # 配置接口路径开销（dot1d-1998/dot1t/legacy）

实验

使SW1和SW2互为主备，更改stp模式的方法：
思科：PVST（Per-VLAN Spanning Tree，思科私有协议），可分流；
华为：VBST（VLAN-Based Spanning Tree，华为特有协议），不能分流。

思科

SW1

SW1(config)# spanning-tree mode pvst                 # 真机默认就是这个，模拟器不是，需要改
SW1(config)# spanning-tree vlan 2,3,4 priority 0     # 使sw1成为vlan 2,3,4的主交换机
SW1(config)# spanning-tree vlan 5,6,7 priority 4096  # 使sw1成为vlan 5,6,7的备交换机
SW1(config)# spanning-tree portfast edge default     # 所有接入端口配置为边缘端口，跳过30秒收敛时间
SW1(config)# spanning-tree portfast edge bpduguard default       # 所有接入端口配置BPDU保护
SW1(config-if)# spanning-tree portfast edge trunk    # 进入接口配置边缘端口
SW1(config-if)# spanning-tree bpduguard enable       # 接口实施BPDU保护，接口可以不是边缘端口

SW2

SW2(config)# spanning-tree mode pvst                 # 真机默认就是这个，模拟器不是，需要改
SW2(config)# spanning-tree vlan 5,6,7 priority 0     # 使sw2成为vlan 5,6,7的主交换机
SW2(config)# spanning-tree vlan 2,3,4 priority 4096  # 使sw2成为vlan 2,3,4的备交换机
SW2(config)# spanning-tree portfast edge default   
SW2(config)# spanning-tree portfast edge bpduguard default   
SW2(config-if)# spanning-tree portfast edge trunk  
SW2(config-if)# spanning-tree bpduguard enable  
SW(config)# show spanning-tree summary totals        # 查看边缘端口信息

华为

SW1

[SW1] stp mode stp                     # 华为默认是mstp，所有交换机都改成stp
[SW1] stp priority 0                   # SW1成为主交换机。配置交换机的STP优先级（默认32768），接口下用此命令是配置接口优先级（默认128）
[SW1] stp edge-port default            # 所有端口配置为边缘端口，跳过30秒收敛时间
[SW1-g0/0/1] stp edged-port disable    # 某个端口（如trunk端口）取消边缘端口配置   
[SW1-g0/0/1] shutdown    
[SW1-g0/0/1] undo shutdown             # 重启此接口，使取消边缘端口的行为生效
[SW1] stp bpdu-protection              # 所有边缘端口配置BPDU保护（刚才取消配置的端口已排除在外）
[SW1-g0/0/1] stp edged-port enable     # 某个端口配置为边缘端口，仅该接口有效企业交换机没有接口下的BPDU保护，只有全局BPDU保护

SW2

[SW2] stp mode stp                    # 华为默认是mstp，所有交换机都改成stp
[SW2] stp priority 4096               # SW2成为备交换机。这个优先级只能以4096的倍数去加
[SW2] stp edge-port default   
[SW2-g0/0/1] stp edged-port disable 
[SW2-g0/0/1] shutdown    
[SW2-g0/0/1] undo shutdown  
[SW2] stp bpdu-protection   
[SW2-g0/0/1] stp edged-port enable  
[SW] display stp interface g0/0/1     # 查看边缘端口信息

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）

• 3层协议
• IP协议号112
• 报文advertisement
• 组播IP地址224.0.0.18
• 组播MAC地址0100-5e00-0012
• vrrp的3种状态
  • init
  • master
  • backup

思科

SW2

SW2(config)# int vlan 8  
SW2(config-if)# vrrp 8 ip 10.1.10.14    

SW1

SW1(config)# int vlan 8                  # 进入vlan8配置vrrp
SW1(config-if)# vrrp 8 ip 10.1.10.14     # 配置vrrp及虚拟ip地址
SW1(config)# show vrrp brief             # 查看vrrp信息
SW1(config-if)# vrrp 8 priority 110      # 可以更改设备优先级，默认100
SW(config)# show vrrp brief  

华为

SW2

[SW2] int vlan 8   
[SW2-vlanif8] vrrp vrid 8 virtual-ip 10.1.10.14  

SW1

[SW1] int vlan 8                            # 进入vlan8配置vrrp
[SW1-vlanif8] vrrp vrid 8 virtual-ip 10.1.10.14     # 配置vrrp及虚拟ip地址
[SW1-vlanif8] display vrrp brief            # 查看vrrp信息
[SW1-vlanif8] vrrp vrid 8 priority 110      # 可以更改设备优先级，默认100
[SW] display vrrp brief